基于多视图几何的三维扫描仪系统的关键技术与实现

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本文中所设计的项目,研究设计了一个基于多视图几何原理的三维扫描仪系统。该扫描仪拥有100台可以独立运行Linux操作系统的摄像头模块,以及用于融合计算以及显示人机交互界面的中心计算机。摄像头模块通过以太网与中心计算机连接,同时摄像头模块还可以控制特征点补充系统和照明系统。中心计算机可以向摄像头模块发送拍摄指令,摄像头模块得到指令后进行两次拍照,并将拍摄后的图片发送至中心计算机。中心计算机收集所有图片后,提取每张图片的特征点并进行匹配,并通过多视图几何原理计算匹配点的三维坐标并形成三维点云,然后再采用泊松重建和贴图重建。通过这种多视图重建方法,本文所设计的三维扫描仪可以适用于大型物体,如人体或雕塑的扫描。特别的,由于多视图技术基于单幅图片创建三维模型,非常适合针对人体,活体动物等形态持续运动的目标进行三维重建。本文中的项目在前期的多视图三维融合的工作基础上增加了硬件系统,该硬件系统具有开源,搭建方便,组织结构合理等优点,进行了用户界面的设计,允许使用者可以更加方便的使用系统进行三维融合。同时,系统的数据收集流程与融合流程相对独立。配合合理的摄像头模块标定算法,使得标定过程与三维模型融合过程分离,大大缩短了合成模型所需的时间。针对多图融合算法的特点,搭建特征点补充系统,使得融合过程中产生的点云的数量与精度大幅度提升。通过合理配合UDP和TCP协议的使用,使得摄像头模块拍照同步和图片传输的成功率有所保证本文在对该基于多视图几何原理的三维融合算法分析的基础上,详细介绍了系统的功能架构,并对该系统中的关键技术进行了较为全面的分析与设计。对系统主要的软件程序和硬件构架的实现,也进行了详细的讨论。
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